Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tiến hành so sánh tính chất của các dòng thải sản xuất chitin ở các công nghệ khác nhau theo các thông số pH, COD, TKN, TP, TSS, Ca. Kết quả cho thấy, quá trình hóa học truyền thống không tái sử dụng dòng thu hồi sẽ có mức ô nhiễm thấp. Và các quá trình khác như hóa học hay hóa – sinh cải tiến sẽ tồn tại lượng chất dinh dưỡng lớn và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không tiến hành tận thu nguồn hữu cơ này.
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CÁC DỊNG THẢI CỦA Q TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN THEO PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ PHƢƠNG PHÁP CẢI TIẾN Trần Nguyễn Vân Nhi(1), Lê Nguyễn Cát Tƣờng(1), Nguyễn Hoàng Phong(1), Nguyễn Tấn Phong(1), (1) Trường Đại học Bách Khoa (VNU_HCM) Ngày nhận 08/11/2016; Chấp nhận đăng 19/01/2017; Email: ntphong@hcmut.edu.vn Tóm tắt Q trình khử thành phần phi chitin protein, khoáng, chất màu, chất béo để sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm dùng phương pháp hóa học, sinh học sinh học kết hợp với hóa học Mặc dù trình sản xuất chitin qui mơ cơng nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp hóa học truyền thống công ty Vietnam food thực song song số qui trình cải tiến ứng dụng hóa - sinh Nghiên cứu tiến hành so sánh tính chất dịng thải sản xuất chitin cơng nghệ khác theo thông số pH, COD, TKN, TP, TSS, Ca Kết cho thấy, q trình hóa học truyền thống khơng tái sử dụng dịng thu hồi có mức nhiễm thấp Và q trình khác hóa học hay hóa – sinh cải tiến tồn lượng chất dinh dưỡng lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng không tiến hành tận thu nguồn hữu Từ khóa: chitin, phế liệu vỏ tơm, hóa học, sinh học kết hợp với hóa học, nước thải Abstract CHARACTERISTICS OF CHITIN PRODUCING TRADITIONAL AND INNOVATIVE TECHNOLOGY WASTE STREAMS OF The removal of non-chitin components such as proteins, minerals, pigments, lipids to produce chitin from shrimp scraps can perform by means of chemical, biological or biochemical methods Although the chitin production process on industrial scale mainly used chemical methods, some bio-chemical approaches have implemented in Vietnamfood Company In the research, the comparison between different technologies conducted based on the characteristic of wastewater streams including pH, COD, TKN, TP, TSS, Ca The outcome demonstrated that the chemical traditional process without any recycling effluents obtains lower pollutants The other chemical or bio-chemical processes with recycling flows all possess remarkable nutrients and can be significantly damage the environment as a result Đặt vấn đề Chế biến phế liệu thành sản phẩm giá trị gia tăng lĩnh vực quan tâm phát triển theo hướng nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên, sản xuất sản phẩm mới, ứng dụng sản xuất hơn, hạn chế nhiễm mơi trường nhằm góp phần phát triển bền vững sản xuất 161 Trần Nguyễn Vân Nhi Nghiên cứu đặc tính dịng thải q trình sản xuất chitin cơng nghiệp Ở Việt Nam, phát triển nhanh ngành công nghiệp chế biến thủy sản, năm hàng chục ngàn phế liệu thủy sản tạo Riêng phế liệu tơm, ước tính 100.000 tấn/năm với lượng chitin tinh khiết tương ứng 4.000 [5] Mặc dù tình hình sản xuất chitin lạc quan, cơng nghệ áp dụng Việt Nam cịn trình độ hạn chế, nghiên cứu quy trình cải tiến phương thức sản xuất thực quy mô thử nghiệm, chưa chuyển giao nhiều quy mô công nghiệp Các sở sản xuất nước chủ yếu theo phương pháp vơ hố (khử khoáng dung dịch HCl; deacetyl hoá khử protein dung dịch NaOH, khử màu NaOCl hợp chất có khả oxi hóa mạnh) Tuy nhiên, q trình sản xuất tạo dịng thải mang chất acid kiềm đậm đặc, nước thải cịn có lượng lớn chất hữu (chủ yếu protein), muối khoáng, sắc tố gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [4] Với nhu cầu phát triển công nghiệp Việt Nam theo hướng bền vững thân thiện với môi trường, việc tìm hiểu tính chất dịng thải sản xuất chitin theo công nghệ khác để xử lý triệt để hiệu vấn đề cấp thiết Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc tính dịng thải q trình sản xuất chitin theo phương pháp truyền thống phương pháp cải tiến” tảng cho nghiên cứu xử lý tiếp sau Vật liệu phƣơng pháp 2.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải trình sản xuất chitin từ phế liệu vỏ tôm lấy công ty Vietnamfood (VNF) – thành phố Cà Mau Mẫu lấy theo qui trình khác trình bày hình [[2]] Ở hình 1a, dịng vào để rửa axit xút hồn tồn nước Tại hình 1b, dòng vào V2 V3 dòng hỗn hợp tái sử dụng từ dòng thải axit, dòng vào V6 dòng hỗn hợp tái sử dụng từ dịng thải kiềm Ở hình 1c, dịng vào V1 dòng tái sử dụng từ nước rửa enzyme, dòng vào V3 V4 dòng hỗn hợp tái sử dụng từ dòng thải axit, dòng vào V7 V8 dòng hỗn hợp tái sử dụng từ dòng thải kiềm 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu phân tích: Lấy mẫu: theo TCVN 5999:1995, Phương pháp đo pH: theo TCVN 6492:2011, Phân tích TSS: theo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 22th Edition 2012-2540D, Phân tích COD: theo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 1999-5220C, Phân tích hàm lượng TP: theo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 4500 PE, 1999, Phân tích TKN: theo AOAC 973.48-1995, Phân tích Ca2+: theo TCVN 9176-2012 Phương pháp thực thí nghiệm: Phân tích tính chất dịng thải sản xuất chitin qua thông số pH, COD, TKN, TP, TSS, Canxi theo qui trình cơng nghệ khác Mỗi mẫu phân tích lặp lại lần lấy giá trị trung bình 2.3 Thiết bị nghiên cứu: Bếp nung Hach COD Reactor; Máy quang phổ UV-VIS (Lambda 11 Spectrometer), máy đo pH Mettler Toledo; Máy Kjeldahl 2.4 Hóa chất: CuSO4.5H2O, K2SO4, H3BO3, NaOH, H2SO4, Metyl đỏ, Metyl xanh, C2H5OH, K2Cr2O7, HClO4, KH2PO4, FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O, FeSO4.7H2O; 1-10 phenaltrolin, Axit ascorbic, murexit, EDTA, KSbOC4H4O4.1/2H2O 162 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Phế liệu tôm Số 1(32)-2017 Phế liệu tôm Phế liệu tôm H2O Rửa sơ lần WS1 R1 H2O Rửa sơ lần WS1 R1 H2O Rửa sơ lần WS2 R2 V2 Rửa sơ lần WS2 R2 HCl + H2O Nấu Axit DC1 R3 HCl + V3 Nấu Axit DC1 R3 H2O Rửa Axit lần DC2 R4 H2O Rửa axit lần DC2 R4 H2O Rửa Axit lần DC3 R5 H2O Rửa axit lần DC3 R5 H2O Rửa Axit lần DC4 R6 V6 Rửa Axit lần DC4 R6 H2O Rửa Axit lần DC5 R7 V7 Rửa Axit lần DC5 R7 Nấu xút DP1 R8 NaOH + H2O H2O Rửa Axit lần DC6 R8 NaOH + H2O Nấu xút DP1 R9 H2O Rửa xút lần DP2 R9 H2O Rửa xút lần DP2 R10 H2O Rửa xút lần DP3 R10 H2O Rửa xút lần DP3 R11 H2O Rửa xút lần DP4 R11 H2O Rửa xút lần DP4 R12 H2O Rửa xút lần DP5 R12 H2O Rửa xút lần DP5 R13 H2O Xả chitin TW R14 H2O Xả chitin TW R13 V1 Xử lý Enzyme WS1 R1 H2O Rửa Enzyme WS2 R2 V3 Rửa Enzyme WS3 R3 HCl + V4 Nấu Axit DC1 R4 H2O Rửa Axit lần DC2 R5 H2O Rửa Axit lần DC3 R6 V7 Rửa Axit lần DC4 R7 V8 Rửa Axit lần DC5 R8 NaOH + H2O Nấu xút DP1 R9 H2O Rửa xút lần DP2 R10 H2O Rửa xút lần DP3 R11 H2O Rửa xút lần DP4 R12 H2O Rửa xút lần DP5 R13 H2O Xả liệu lần TW1 R14 H2O Xả liệu lần TW2 R15 Chitin thành phẩm Chitin thành phẩm Chitin thành phẩm a c b Hình Các qui trình theo phương pháp hóa học truyền thống (a), phương pháp hóa học cải tiến có thu hồi (b), phương pháp hóa – sinh cải tiến có thu hồi (c) [[2]] Kết thảo luận 3.1 Phân tích tính chất dịng thải sản xuất chitin theo phương pháp hóa học truyền thống không thu hồi (mẫu 1) Bảng Kết phân tích thơng số dịng thải mẫu ST T 10 11 12 13 14 Quy trình sản xuất Chitin Rửa sơ lần Rửa sơ lần Nấu xit Rửa xit lần Rửa xit lần Rửa xit lần Rửa xit lần Rửa xit lần Nấu út Rửa út lần Rửa út lần Rửa út lần Rửa út lần ả chitin Trung bình Mã pH WS1 WS2 DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DC6 DP1 DP2 DP3 DP4 DP5 TW 7.54 7.29 0.39 0.72 1.16 1.5 2.75 4.68 12.46 11.72 10.62 9.25 9.21 8.74 6.29 COD (mg/l) 17,633 14,694 19,701 16,653 13,280 10,993 9,470 7,511 37,442 16,544 24,816 9,470 8,163 15,891 15,876 163 TKN (mg/l) 2,198 1,260 2,716 1,428 1,386 994 128 85 4,158 938 371 294 224 403 1,185 TP (mg/l) 59 11 751 590 414 242 29 21 137 19 163 TSS (mg/l) 1,610 870 6,370 2,850 1,300 470 480 1,370 4,340 540 140 40 80 320 1,484 Ca (mg/l) 461 411 21,643 10,671 5,060 3,858 214 85 1,450 301 64 35 10 17 3,163 Hình Tính chất dịng thải mẫu Theo đồ thị hình 2: Hàm lượng hữu tập trung chủ yếu dòng nấu kiềm, nấu axit dòng nước rửa đầu nên thông số COD TKN cao (bảng 1) Nếu muốn thu hồi protein nên tiến hành dịng Canxi khống chất có chủ yếu nước thải sản xuất chitin từ phế liệu tôm khử khống giai đoạn axit hóa nên Canxi cao dòng nấu rửa axit Giai đoạn loại phần lớn lượng phốt có nước Ngoài ra, hàm lượng cặn lơ lửng dịng thải chitin cao, thể việc lắng trọng lực để loại cặn Tuy nhiên, thời gian lắng kéo dài gây tượng phân hủy chất hữu cơ, giảm khả thu hồi protein chất lượng protein giảm 3.2 Phân tích tính chất dịng thải sản xuất chitin theo phương pháp hóa học cải tiến có thu hồi (mẫu 2) Bảng Kết phân tích thơng số dịng thải mẫu pH Quy trình sản xuất Chitin Mã Rửa sơ lần WS1 Rửa sơ lần COD TKN TP TSS Ca (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 7.07 21,796 3,019 67 4,250 3,138 WS2 5.42 25,991 3,899 250 5,910 5,905 Nấu xit DC1 0.68 29,850 3,299 1,210 9,147 21,176 Rửa xit lần DC2 1.27 14,750 1,468 610 3,487 9,279 Rửa xit lần DC3 1.90 14,399 1,178 186 2,180 6,239 Rửa xit lần DC4 5.19 15,409 1,626 97 3,303 1,984 Rửa xit lần 7.24 24,058 1,708 48 10,267 241 Nấu út DC5 DP1 12.34 71,841 5,220 127 6,700 1,703 Rửa út lần DP2 11.99 23,357 1,787 38 1,677 1,071 10 Rửa út lần DP3 10.77 8,355 730 19 1,390 470 11 Rửa út lần DP4 10.06 5,476 478 11 1,123 421 12 Rửa út lần DP5 8.65 1,395 84 150 20 TW 8.81 1,024 142 150 142 7.03 19,823 1,895 205 3,826 3,984 STT 13 ả chitin Trung bình Theo đồ thị hình 3: Việc sử dụng dịng tái chế công đoạn rửa sơ bộ, nấu axit rửa axit cho dịng thải có nồng độ nhiễm cao so với q trình sản xuất chitin theo phương pháp hóa học truyền thống Về phương pháp giống với phương pháp truyền thống khác việc có tái sử dụng lại dòng axit xút tái chế Ưu điểm 164 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 phương pháp tiết kiệm chi phí giảm lượng hóa chất axit xút sử dụng đồng thời với nồng độ hữu cao dòng thải cho hiệu thu hồi cao: COD, TKN Ca 30%, TSS TP 50% Đạm, khoáng thu hồi tiếp tục vào trình sản xuất dịch thủy phân SSE nhà máy VNF Hình Tính chất dịng thải mẫu 3.3 Phân tích tính chất dịng thải sản xuất chitin theo phương pháp hóa - sinh cải tiến có thu hồi (mẫu 3) Ở phương pháp có sử dụng thêm enzyme cơng đoạn đầu, kết hợp với axit xút để xử lý triệt để, hiệu hàm lượng protein khống có vỏ tơm Bảng Kết phân tích thơng số dòng thải mẫu STT 10 11 12 13 14 15 Quy trình sản xuất Chitin lý enzyme Rửa enzyme Rửa enzyme Nấu xit Rửa xit lần Rửa Axit lần Rửa xit lần Rửa Axit lần Nấu út Rửa út lần Rửa út lần Rửa út lần Rửa út lần ả liệu lần ả liệu lần Trung bình Mã pH WS1 WS2 WS3 DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DP1 DP2 DP3 DP4 DP5 TW1 TW2 6.74 6.79 5.51 0.64 1.13 2.97 5.40 9.24 12.32 11.79 10.87 9.73 8.85 8.95 8.79 7.31 COD (mg/l) 37,205 20,056 18,559 18,253 17,468 21,029 14,579 22,991 32,894 10,658 5,625 4,093 3,326 2,954 3,261 15,530 TKN (mg/l) 7,515 5,159 3,346 2,293 2,219 2,758 1,472 2,471 3,549 1,481 774 490 263 189 200 2,279 TP (mg/l) 75 60 113 585 390 210 100 105 120 45 25 15 124 TSS (mg/l) 32,800 8,215 17,400 52,000 45,600 20,750 15,900 15,075 23,375 7,600 2,050 950 425 358 350 16,190 Ca (mg/l) 1,864 1,683 8,367 17,159 10,496 4,534 2,255 777 2,255 1,127 877 131 109 168 116 3,461 Theo đồ thị hình 4: Tương tự phương pháp hóa học cải tiến, phương pháp hóa-sinh cải tiến sử dụng dịng tái chế nên dịng thải có nồng độ nhiễm cao so với trình sản xuất chitin theo phương pháp hóa học truyền thống Các dịng có hàm lượng hữu cao chủ yếu giai đoạn xử lý enzyme khử protein xút Vì giai đoạn xử lý enzyme 165 loại bỏ phần lớn chất dinh dưỡng nên COD dòng DP1 phương pháp (32,894 mg/l) nửa so với phương pháp hóa học cải tiến (71,841 mg/l) đương nhiên lượng xút sử dụng giảm Với dịng thải có nồng độ ô nhiễm cao việc thu hồi cho hiệu cao so với phương pháp hóa học có sử dụng dòng tái chế: COD 50%, TKN Ca 30%, TP TSS 70% Hình Tính chất dịng thải mẫu 3.4 So sánh tính chất trung bình dịng thải theo phương pháp khác nhau: Bảng Giá trị trung bình dịng thải mẫu pH COD (mg/l) TKN (mg/l) TP (mg/l) TSS (mg/l) Ca (mg/l) Hóa học truyền thống 6.29 15,876 1,185 163 1,484 3,163 Hóa học cải tiến 7.03 19,823 1,895 205 3,826 3,984 Hóa - sinh cải tiến 7.31 15,530 2,279 124 16,190 3,461 Hình Tính chất trung bình dịng thải mẫu Theo đồ thị hình 5: pH trung bình dịng thải phương pháp cải tiến nằm ngưỡng trung tính nên tốt phương pháp truyền thống Các số COD, TKN, TP, Ca phương pháp cải tiến tương đối cao phương pháp truyền thống có tái sử dụng dịng thải Phương pháp hóa -sinh cải tiến đặc biệt hiệu việc loại bỏ phần cặn hữu vô vỏ tôm So sánh với kết nghiên cứu Phạm Đình Hải [[1]] (COD: 13.869 – 14.540 mg/l, TN: 673 – 947 mg/l, TP: 139 – 197 mg/l, TSS: 4.638 – 5.098 mg/l, Ca: 380 – 2.520 mg/l), phương pháp có thơng số cao ngoại trừ TSS phương pháp hóa - sinh cải tiến Theo nghiên cứu Yang Yue-ping cộng [1], pH nước thải từ đến mang tính 166 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 chất axit, khác nhiều với mẫu nước khảo sát đề tài COD từ nghiên cứu tác giả 12.000 – 15.000 mg/l, không thấp nhiều so với mẫu truyền thống thấp so với mẫu có thu hồi Theo tác giả Trang Sĩ Trung [[3]], qui trình truyền thống có COD 40,500 mg/l TSS 7,000 mg/l cao nhiều so với khảo sát Về phương pháp cải tiến tác giả Trung COD 29,000 mg/l TSS 500 mg/l, giá trị COD phương pháp hóa học hóa – sinh cải tiến thấp hơn, gây ô nhiễm môi trường TSS cao cần thu hồi Kết luận Các qui trình cải tiến có ưu điểm truyền thống sử dụng nước hơn, tốn hóa chất axit xút hơn, nhiên tạo dòng thải đậm đặc cần phải thu hồi nguồn dinh dưỡng trước nước thải vào hệ thống xử lý Phương pháp hóa – sinh, kết hợp enzyme với hóa chất hỗ trợ nhiều cơng đoạn khử loại protein hịa tan vỏ tơm, giúp thành phẩm chitin đạt chất lượng cao, tinh khiết Kết nghiên cứu sở khoa học cho nghiên cứu thu hồi, tách dòng, xử lý nước thải trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm Lời cảm ơn: Tập thể tác giả xin cảm ơn đề án 911 - Trường đại học Bách Khoa (VNU-HCM) hổ trợ kinh phí cho nghiên cứu sinh thực nghiên cứu (đề tài số T911-2016-MTTN-10) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đình Hải (2011), Nghiên cứu xử lý nước thải từ công nghệ sản xuất chitin cải tiến phương pháp sinh học có thu hồi protein, luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Nha Trang [2] Quy trình sản xuất nhà máy Vietnamfood Cà Mau (2015), Việt Nam [3] Trang Sĩ Trung (2009), Đánh giá chất lượng sản phẩm hiệu môi trường quy trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản [4] Trang Sỹ Trung, Nguyễn Thị Phương, Phạm Thị Minh Hải, Phạm Thị Đan Phượng (2008), Nghiên cứu ứng dụng chitosan việc thu hồi protein từ nước rửa surimi, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản, số 02 [5] Trang Sỹ Trung, Trần Thị Luyến, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Hằng Phương (2010), Chitinchitosan từ phế liệu thủy sản ứng dụng, NXB Nông nghiệp [6] Yang Yue-ping, Xu Xin-hua, Chen Hai-feng (2004), Treatment of chitin-producing wastewater by micro-electrolysis-contact oxidization, Zhejiang University, 436-440 167 ... dịng thải q trình sản xuất chitin theo phương pháp truyền thống phương pháp cải tiến? ?? tảng cho nghiên cứu xử lý tiếp sau Vật liệu phƣơng pháp 2.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải trình sản xuất chitin. .. mẫu Theo đồ thị hình 5: pH trung bình dịng thải phương pháp cải tiến nằm ngưỡng trung tính nên tốt phương pháp truyền thống Các số COD, TKN, TP, Ca phương pháp cải tiến tương đối cao phương pháp. .. 3,461 Theo đồ thị hình 4: Tương tự phương pháp hóa học cải tiến, phương pháp hóa-sinh cải tiến sử dụng dịng tái chế nên dịng thải có nồng độ ô nhiễm cao so với trình sản xuất chitin theo phương pháp